malloc()和free()后似乎仍有一些内存被分配。

Question

我刚开始学习C语言。我试着熟悉malloc和free的用法。我写了下面这个测试代码，但是不知道为什么内存没有被完全释放（top命令仍然显示该进程分配了约150MB的内存）。这是为什么呢？

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>

typedef struct {
    char *inner;
} structure;

int main()
{
    int i;
    structure** structureArray;

    structureArray = (structure**)malloc(sizeof(structure*)*1000*10000);
    for (i = 0; i < 1000*10000;i++)
    {
        structureArray[i] = (structure*) malloc(sizeof(structure));
        structureArray[i]->inner = (char*) malloc(sizeof(char)*1000*1000*1000);
    }

    printf("freeing memory");
    for (i = 0; i < 1000*10000;i++)
    {
        free(structureArray[i]->inner);
        free(structureArray[i]);
    }
    free(structureArray);

    system("sleep 100");
    return 0;
}

对应的 Makefile：

all: test.c
    gcc -o test test.c
    ./test &
    top -p `pidof ./test`
    killall ./test

- Filip Nguyen

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你试过打开mudflap或者valgrind测试吗？它们会给你更好的内存泄漏统计数据。 - Robert Massaioli

你意识到你正在尝试分配多少内存吗？ - rlbond

谁在乎呢？这是一个64位系统——地址空间并不是一种稀缺资源。系统从来没有给你独占物理内存(RAM)的控制权。 - David Schwartz

Answer 1

top会告诉您分配给进程的物理内存量。虚拟内存是在物理内存之上的抽象，而malloc/free则在其之上提供了一种抽象。

malloc从程序的堆中保留空间。堆只是程序虚拟地址空间中用于临时存储的区域。随着调用malloc的次数增多，堆会使用brk系统调用扩展。然而，尽管堆的虚拟大小增加了，但直到您读取或写入新分配的内存之前，物理内存实际上并没有分配。例如，由于您从未写入记录的inner字段分配的内存，因此这些分配将不占用任何物理RAM。

free仅释放malloc分配的堆的部分。这并不一定会减少堆的虚拟大小，因此与其关联的物理内存可能不会被释放。这就是为什么您没有看到物理内存使用量减少的原因。

- Jay Conrod

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谢谢，这个解释非常详尽。 - Filip Nguyen

Answer 2

Unix内存管理是一种懒惰的方式，除非没有人真正需要它，否则不能保证释放进程内存。这里有一篇好文章：点击查看。

另外，我建议您检查malloc()的结果，您肯定会发现至少有一些失败了。

- Roman Nikitchenko

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malloc失败的原因是操作系统不再允许进程分配更多的内存空间。 - Evan

Answer 3

可能是因为您分配了约10000000000000000字节（1000 * 10000 * 1000 * 1000 * 1000）=〜10000000000兆字节= 10000000千兆字节，这将多次超出您的系统内存。

- dajobe

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如果OP使用的是64位系统，那么就不会执行此操作。 - Jay Conrod

在64位Linux上，尽管分配了如此多的内存，但由于使用了惰性分配器，因此您可以轻松应对。 在几乎任何其他地方，您早就用完了（虚拟）内存。 而在Linux上，您将用完内存。 我想为您点赞，但您需要指出它并不像“多次包装系统内存”那样简单。 - Jonathan Leffler

系统内存指的是物理内存，而不是虚拟内存。看起来提问者的系统不太可能有10000000 G字节的物理内存，因此该程序可能并非预期的目的。 - dajobe